电池、包括该电池的电池组及汽车的制作方法

本发明涉及电池及应用于其的集电体、包括该电池的电池组及汽车。更具体地，本发明涉及即便施加了外部冲击，也能够防止在与电极组装体之间的焊接部位上发生损坏的结构的集电体及包括该集电体的电池、包括该电池的电池组及汽车。

背景技术：

1、在以往的圆筒形电池的情况下，通常具备将连接卷芯（jelly-roll）和外部端子的极耳焊接到卷芯的箔材而连接的结构。在这样的结构的圆筒形电池的情况下，电流的路径（path）有限，卷芯本身的电阻只能非常高。

2、由此，尝试了增加连接卷芯和外部端子的极耳的数量来降低电阻的方式，但通过这样的仅增加极耳的数量的方式来将电阻降低为所希望的水平且充分地确保电流的路径（path）是有限的。

3、由此，为了降低卷芯本身的电阻，需要研发新的卷芯结构及应用于这样的卷芯结构的集电体结构。特别地，例如在电动汽车这样的需要具备高输出/高容量的电池组的设备中更需要应用这样的新的结构的卷芯及集电体。

4、另外，需要研发具备保持提高了集电体与电池外壳之间的结合力的状态的结构的圆筒形电池及应用于这样的圆筒形电池的集电体结构。

5、同时，需要研发一种在将集电体和电池外壳结合的情况下，将电池外壳内部的死角最小化，从而提高圆筒形电池的能量密度的圆筒形电池。

6、近年来，随着将圆筒形电池应用于电动汽车，圆筒形电池的形状因素（formfactor）增加。即，圆筒形电池的直径和高度比以往的具备1865、2170等形状因素的圆筒形电池增大。形状因素的增加带来能量密度的增加、对热失控的安全性的提高及冷却效率的提高。

7、在增加形状因素的同时电池外壳内部的无需的空间被最小化时能够进一步增加圆筒形电池的能量密度。因此，需要将电池的整体结构设计为低电阻结构，以使集电体也能够增加电池的容量的同时将快速充电时的发热量最小化。

8、另外，这样，在应用于电动汽车等的电池组的情况下，在考虑使用环境时，暴露在振动及冲击的情况较多。因此，需要研发一种即便施加振动及冲击的情况下，对焊接部位产生破损的危险性较小的结构的圆筒形电池及应用于这样的圆筒形电池的集电体结构。

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、本发明是为了解决如上述的问题而研发的，其目的在于提供一种适于具备低电阻结构的电极组装体的结构的集电体及包括该集电体的电池。

3、在另一个侧面中，本发明的目的在于提供一种能够提高集电体与电池外壳之间的结合部位的结合力的结构的集电体及包括该集电体的电池。

4、在又一个侧面中，本发明的目的在于提供一种能够提高电池的能量密度的结构的集电体及包括该集电体的电池。

5、在又一个侧面中，本发明的目的在于提供一种如下的结构的集电体及包括该集电体的电池：在制造电池时，提高用于进行电池外壳和集电体的电连接的焊接工序的便利性，由此能够提高生产性。

6、在又一个侧面中，本发明的目的在于提供一种如下的结构的集电体及包括该集电体的电池：即便施加振动及冲击，也能够降低在与电极组装体之间的焊接部位及/或与电池外壳之间的焊接部位产生破损的可能性。

7、在本发明的又一个侧面中，本发明的目的在于提供一种具备如下结构的集电体及包括该集电体的电池：在制造电池时，提高用于将电池外壳和集电体电连接的焊接工序的便利性，由此提高生产性。

8、但是，本发明要解决的技术课题不限于上述课题，本领域技术人员通过下面记载的 技术实现要素： 可清楚地理解在此未提及的其他课题。

9、用于解决课题的手段

10、为了解决上述的课题，本发明的一个实施例的电池包括：电极组装体，其是将第一电极、第二电极和介于它们之间的分离膜以卷取轴为中心卷取而对芯部和外周面进行定义的电极组装体，上述第一电极沿着卷取方向而在长边端部包括未涂布活性物质层且露出到上述分离膜的外部的第一无涂层部，上述第一无涂层部的至少一部分本身被用作电极极耳；电池外壳，其在一侧具备开放部，通过上述开放部而收纳上述电极组装体；第一集电体，其包括：支承部，其配置在上述电极组装体的上部；第一极耳结合部，其从上述支承部延伸而结合到上述第一无涂层部；及第一外壳结合部，其从上述支承部延伸而电气性地结合到上述电池外壳的内面上；及外壳盖，其将上述开放部密封。

11、上述第一极耳结合部和上述第一外壳结合部不直接连接，而是通过上述支承部而间接地连接。

12、上述电池外壳具备卷边部，该卷边部形成在与上述开放部相邻的端部，并朝向内侧而压入。

13、上述第一极耳结合部具备至少一个注液孔。

14、上述第一外壳结合部包括：第一接触部，其结合到上述电池外壳的卷边部上；及

15、第一连接部，其将上述支承部和上述第一接触部之间连接。

16、上述第一连接部具备以将上述第一连接部的长度方向上的两个端部之间连接的假想的直线为基准向上方凸出的结构。

17、上述第一连接部具备比上述卷边部向上方隆起的结构。

18、上述卷边部包括：上侧卷边部，其以通过压入而内入的最内侧部位为中心位于上方；及下侧卷边部，其以通过压入而内入的最内侧部位为中心位于下方。

19、上述上侧卷边部及上述下侧卷边部以与上述电池外壳的底面平行地通过上述卷边部的最内侧部位的假想的基准平面为基准非对称。

20、上述第一集电体的至少一个第一极耳结合部比上述下侧卷边部更靠近下侧而配置。

21、上述上侧卷边部及上述下侧卷边部中的至少任一个卷边部与上述电池外壳的下表面构成规定的角度而倾斜。

22、上述第一接触部安置在上述卷边部的倾斜的上表面上。

23、上述上侧卷边部及上述下侧卷边部中的至少任一个卷边部在至少一部分区域中与上述电池外壳的下表面平行。

24、上述第一接触部安置在上述卷边部的平坦的上表面上。

25、上述第一接触部焊接结合到上述卷边部的上表面。

26、上述第一接触部焊接结合到形成在上述上侧卷边部上的平坦的区域内。

27、上述第一接触部具备至少一部分沿着上述电池外壳的卷边部而在圆周方向上延伸的弧形。

28、上述第一接触部具备从上述第一连接部和上述第一接触部的交叉部位沿着圆周方向而在上述卷边部上彼此向相反方向延伸的弧形。

29、在上述电池中，在将上述卷边部的压入深度设为pd，将上述卷边部的曲率半径的最小值设为r1，min，将焊道宽度的最小值设为wbead，min，将上述卷边部和上述电池外壳的内侧面之间的边界区域中的曲率半径的最小值设为r2，min时，满足下式。

30、pd≥r1，min+r2，min+wbead，min

31、上述卷边部的压入深度为0.2~10mm。

32、在上述电池中，在将上述卷边部的压入深度设为pd，将上述压入深度的最大值设为pdmax，将从上述第一接触部的端部到经过上述卷边部的最内侧部位的垂直线为止的最短距离即重叠长度设为ov，将上述卷边部的曲率半径的最小值设为r1，min，将焊道宽度的最小值设为wbead，min，将上述卷边部和上述电池外壳的内侧面之间的边界区域中的曲率半径的最小值设为r2，min时，满足下式。

33、（r1，min+wbead，min）/pdmax≤ov/pd≤（pdmax-r2，min）/pdmax

34、上述第一接触部和上述卷边部之间的焊接区域比上述卷边部的平坦的上表面窄。

35、在上述电池中，在将上述卷边部的压入深度设为pd，将上述压入深度的最大值设为pdmax，将从上述卷边部的最内侧部位到在半径方向上位于最外廓的焊道的中央部位为止的距离设为w，将从上述第一接触部的端部到经过上述卷边部的最内侧部位的垂直线为止的最短距离即重叠长度设为ov，将ov的最小值设为ovmin，将ov的最大值设为ovmax，将焊道宽度的最小值设为wbead，min时，满足下式。

36、（ovmin-0.5wbead，min）/pdmax≤w/pd≤（ovmax–0.5wbead，min）/pdmax

37、在上述电池中，在将从上述卷边部的最内侧部位到在半径方向上位于最外廓的焊道的中央部位为止的距离的最小值设为w1，将从重叠长度为ov时的上述卷边部的最内侧部位到在半径方向上位于最外廓的焊道的中央部位为止的距离设为w时，满足下式。

38、w1=r1+0.5wbead，min

39、w=ov-0.5wbead，min

40、上述卷边部在至少一部分区域中具备与上述电池外壳的下表面平行的平坦区间，在重叠长度为ov，上述卷边部的曲率半径为r1时，与上述第一集电体接触的上述卷边部的上述平坦区间的长度为ov–r1。

41、形成于上述卷边部与上述第一接触部之间的焊接图案的半径方向上的宽长为wbead，min以上且ov–r1以下。

42、上述焊接图案的半径方向上的宽长与上述平坦区间的长度的比率满足10~40%的范围。

43、上述第一连接部具备至少一个第一弯曲部，该第一弯曲部至少转换1次延伸方向。

44、上述第一弯曲部比经过将上述第一接触部的一个端部和上述第一极耳结合部的一个端部连接的假想的直线的中心且与上述电池外壳的底面平行的假想的平面更靠近上方而配置。

45、上述至少一个第一弯曲部折弯成钝角，以在沿着上述电池外壳的长度方向上的轴而观察时彼此不重叠。

46、上述第一接触部和上述第一连接部的边界部位折弯成钝角。

47、上述第一连接部具备随着靠近上述卷边部而其倾斜阶段性地或逐渐地减少的形态。

48、上述第一极耳结合部与上述第一连接部之间的角度为0~90度之间。

49、上述第一连接部支承上述外壳盖。

50、上述第一极耳结合部和上述第一接触部位于实质上相同的高度。

51、上述第一接触部具备与朝向上述开放部侧的上述卷边部的上表面结合的平坦面。

52、上述第一集电体具备形成于其中心部的集电体孔。

53、上述集电体孔位于与形成于上述电极组装体的中心部的卷取孔对应的位置。

54、上述集电体孔的直径大于或等于设于上述电极组装体的芯部的卷取孔的直径。

55、上述第一集电体还包括第二外壳结合部，该第二外壳结合部从多个上述第一极耳结合部之一的端部延伸而结合到上述电池外壳的内侧面上。

56、上述第二外壳结合部包括：第二接触部，其结合到上述电池外壳的内侧面上；及第二连接部，其将多个上述第一极耳结合部之一的端部和上述第二接触部之间连接。

57、上述第二接触部具备至少一部分沿着上述电池外壳的内周面而延伸的形态。

58、上述第二连接部具备至少一个第二弯曲部，该第二弯曲部至少转换1次延伸方向。

59、从上述第一集电体的中心部到上述第一极耳结合部的端部的距离与从上述电极组装体的卷取孔的中心部到上述卷边部的最内侧部的距离相比实质上相同或更短。

60、在上述卷边部的上表面具备平坦部。

61、形成于上述卷边部与上述第一接触部之间的焊道为至少一个以上，至少一个上述焊道形成沿着圆周方向而延伸的直线形状的焊接图案。

62、形成于上述卷边部与上述第一接触部之间的焊道为至少一个以上，至少一个上述焊道形成沿着圆周方向而延伸的弧形的焊接图案。

63、形成于上述卷边部与上述第一接触部之间的焊道形成焊接图案，上述焊接图案具备将点焊连接而成的线形态。

64、形成于上述卷边部与上述第一接触部之间的焊道在同一个第一接触部内形成有多个。

65、上述第二电极沿着卷取方向而在长边端部还包括未涂布活性物质层且露出到上述分离膜的外部的第二无涂层部，上述第二无涂层部的至少一部分本身被用作电极极耳，在该情况下，上述电池还包括：端子，其从上述开放部的相反侧贯通上述电池外壳而与上述第二无涂层部电连接。

66、上述电池还包括第二集电体，该第二集电体位于上述电极组装体与上述端子之间，上述第二集电体包括：第二极耳结合部，其结合到上述第二无涂层部；及端子结合部，其结合到上述端子。

67、上述端子结合部覆盖上述电极组装体的卷取孔。

68、上述第二集电体的外径大于上述第一集电体的外径。

69、上述第二极耳结合部结合到通过上述第二无涂层部的折弯而形成的结合面上。

70、上述电池外壳具备压接部，该压接部形成于上述卷边部的上部，并以包围上述外壳盖的外围边缘的方式延伸及弯曲。

71、上述第一外壳结合部通过上述压接部而被压接固定。

72、上述电池还包括密封垫，该密封垫配置在上述压接部内，且介于上述电池外壳与上述外壳盖之间。

73、上述第一接触部介于上述卷边部与上述密封垫之间。

74、上述第一接触部通过上述压接部的折弯而被固定。

75、上述密封垫在与上述第一接触部接触的区域中的厚度比在不与上述第一接触部接触的区域中的厚度更厚。

76、上述密封垫在与上述第一接触部接触的区域中的压缩率比在不与上述第一接触部接触的区域中的压缩率更大。

77、上述密封垫在与上述第一接触部接触的区域中的压缩率和在不与上述第一接触部接触的区域中的压缩率实质上相同。

78、在上述卷边部上沿着圆周方向而在各个区域中上述密封垫的厚度发生改变。

79、上述密封垫在上述卷边部上沿着圆周方向而其厚度交替地反复增加和减少。

80、在上述卷边部上沿着圆周方向而在各个区域中上述密封垫的压缩率发生改变。

81、上述第一外壳结合部在上述卷边部上被弹性偏置。

82、上述第一接触部和上述第一连接部的连接部位与上述卷边部的内侧面相匹配。

83、上述第一无涂层部的至少一部分包括沿着上述电极组装体的卷取方向而分割的多个分段片，上述多个分段片沿着上述电极组装体的半径方向而弯曲来形成折弯面。

84、弯曲的上述多个分段片重叠多层而形成折弯面，上述折弯面包括随着从上述电极组装体的外周侧靠近芯侧而分段片的重叠层数递增到最大值为止的层叠数增加区间和从重叠层数成为最大值的半径部位到存在最内侧分段片的半径部位为止的层叠数均匀区间。

85、上述第一极耳结合部以与上述层叠数均匀区间重叠的方式结合到上述折弯面。

86、上述层叠数均匀区间的重叠层数为10以上。

87、上述第一极耳结合部焊接到上述折弯面，上述极耳结合部的焊接区域沿着上述电极组装体的半径方向而与上述层叠数均匀区间至少重叠50%以上。

88、上述第一无涂层部和上述第一极耳结合部沿着上述电极组装体的半径方向通过焊接而结合。

89、上述第一极耳结合部以与上述电池外壳的下表面平行的状态焊接结合到上述第一无涂层部。

90、形成于上述第一无涂层部与上述第一极耳结合部之间的焊道形成沿着上述电极组装体的半径方向而延伸的直线形状的焊接图案。

91、形成于上述第一无涂层部与上述第一极耳结合部之间的焊道形成焊接图案，上述焊接图案具备将点焊连接而成的线形态。

92、形成于上述第一无涂层部与上述第一极耳结合部之间的焊道的宽度为0.1mm以上。

93、上述第一极耳结合部及上述第一外壳结合部分别形成为多个，多个上述第一极耳结合部及第一外壳结合部以上述第一集电体的中心部为基准配置为放射状、十字形或将它们组合的形态。

94、多个上述第一外壳结合部分别配置在彼此相邻的第一极耳结合部之间。

95、上述第一外壳结合部形成为多个，多个上述第一外壳结合部各自的第一接触部彼此连接而形成为一体。

96、上述第一连接部的最外侧部位与上述卷边部的最内侧部位隔开规定的间隔。

97、通过上述第一弯曲部，上述第一接触部与上述第一连接部之间的角度构成锐角。

98、具备多个上述注液孔。

99、多个上述注液孔以上述第一极耳结合部的宽度方向上的中心部为基准左右对称而配置。

100、在以左右对称的方式配置的注液孔之间形成有用于进行上述第一极耳结合部和上述第一无涂层部的结合的焊道。

101、上述第一极耳结合部形成为，比起上述第一极耳结合部和上述支承部的连接部位处的宽度，从上述连接部位朝向上述第一极耳结合部的长度方向上的端部而隔开规定的距离的位置处的宽度更大。

102、上述注液孔形成在从上述连接部位朝向上述第一极耳结合部的长度方向上的端部而隔开规定的距离的位置。

103、形成有上述注液孔的区域中的至少一部分包括在如下区域中：比起上述第一极耳结合部和上述支承部的连接部位处的宽度，从上述连接部位朝向上述第一极耳结合部的端部而隔开规定的距离的位置处的宽度加大而增加的区域。

104、上述第一极耳结合部的长度方向上的端部具备与上述电池外壳的内周面对应的弧形。

105、形成于上述第一无涂层部与上述第一极耳结合部之间的焊接图案的延伸方向和形成于上述卷边部与上述第一接触部之间的焊接图案的延伸方向彼此垂直。

106、在半径方向上，上述卷边部的最内侧部位比上述压接部的末端部位更靠近内侧而配置。

107、上述密封垫包围上述外壳盖，上述密封垫的部位中的覆盖上述外壳盖的下表面的部位的半径方向上的长度比上述密封垫的部位中的覆盖上述外壳盖的上表面的部位的半径方向上的长度短。

108、在上述电池中，在将上述第一极耳结合部的半径方向上的总长度设为t，将上述电极组装体的外径设为jr，将配置在上述电极组装体的最外廓的分段片的高度设为f时，满足下式。

109、jr–2f≤t

110、上述第一集电体的不与上述电极组装体的上表面接触的面积与以上述电极组装体的外径为直径的圆的面积的比率为30%以上且小于100%。

111、上述第一集电体的不与上述电极组装体接触的面积与以上述电极组装体的外径为直径的圆的面积的比率为60%以上且小于100%。

112、上述集电体孔的直径小于设于上述电极组装体的芯部的卷取孔的直径。

113、在将上述卷取孔的直径设为r3时，上述集电体孔的直径为0.5r3以上且小于r3。

114、在将上述卷取孔的直径设为r3时，上述集电体孔的直径为0.7r3以上且小于r3。

115、将上述电池的直径除以高度而得到的形状因素之比大于0.4。

116、在上述电池中，在阳极与阴极之间测量的电阻为4mω以下。

117、另外，本发明的一个实施例的电池包括：电极组装体，其是将第一电极、第二电极和介于它们之间的分离膜以卷取轴为中心卷取而对芯部和外周面进行定义的电极组装体，上述第一电极沿着卷取方向而在长边端部包括未涂布活性物质层且露出到上述分离膜的外部的第一无涂层部，上述第一无涂层部的至少一部分本身被用作电极极耳；电池外壳，其在一侧具备开放部且通过上述开放部而收纳上述电极组装体；及集电体，其电气性地结合到上述第一无涂层部及上述电池外壳的内面，上述集电体包括与上述电池外壳的内面相接的第一部分和与上述第一无涂层部结合的第二部分，将上述第一部分的中央区域投影到上述第二部分所在的平面时，上述第一部分的中央区域和上述第二部分沿着上述电极组装体的圆周方向而隔开。

118、上述电池还包括密封垫，该密封垫介于上述电池外壳的开放部与上述集电体之间。

119、上述第一部分介于上述电池外壳的内面与上述密封垫之间，上述第一部分和上述第二部分在上述电极组装体的卷取轴方向上位于不同的平面上。

120、另外，为了解决上述壳体，本发明的一个实施例的集电体将应用于电池的电极组装体和电池外壳之间电连接，该集电体包括：支承部，其配置在上述电极组装体的上部；多个极耳结合部，其从上述支承部延伸而结合到上述电极组装体的第一无涂层部；及第一外壳结合部，其从上述支承部延伸而位于彼此相邻的上述极耳结合部之间并电气性地结合到上述电池外壳的卷边部上。

121、在这样的本发明的一个实施例的集电体中，上述极耳结合部和上述第一外壳结合部不直接连接，而是通过上述支承部而间接地连接。

122、上述极耳结合部具备至少一个注液孔。

123、上述第一外壳结合部包括：第一接触部，其结合到上述电池外壳的内侧面上；及第一连接部，其将上述支承部和上述第一接触部之间连接。

124、上述第一连接部具备至少一个第一弯曲部，该第一弯曲部至少转换1次延伸方向。

125、上述集电体具备形成于其中心部的集电体孔。

126、上述集电体还包括：第二外壳结合部，其从上述多个极耳结合部之一的端部延伸而结合到上述电池外壳的内侧面上。

127、上述第二外壳结合部包括：第二接触部，其结合到上述电池外壳的内侧面上；及第二连接部，其将上述多个极耳结合部之一的端部和上述接触部之间连接。

128、具备多个上述第一外壳结合部，多个上述第一外壳结合部各自的第一接触部彼此连接而形成为一体。

129、通过上述第一弯曲部，上述第一接触部与上述连接部之间的角度构成锐角。

130、具备多个上述注液孔。

131、多个上述注液孔以上述极耳结合部的宽度方向上的中心部为基准左右对称地配置。

132、比起上述极耳结合部和上述支承部的连接部位处的宽度，上述极耳结合部在从上述连接部位朝向上述极耳结合部的长度方向上的端部而隔开规定的距离的位置处的宽度更大。

133、上述注液孔配置在从上述连接部位朝向上述极耳结合部的长度方向上的端部而隔开规定的距离的位置。

134、形成有上述注液孔的区域中的至少一部分包括在如下区域中：比起上述极耳结合部和上述支承部的连接部位处的宽度，从上述连接部位朝向上述极耳结合部的端部而隔开规定的距离的位置处的宽度加大而增加的区域。

135、上述极耳结合部的长度方向上的端部具备与上述电池外壳的内周面对应的弧形。

136、另外，本发明的一个实施例的电池组包括多个如上述的本发明的一个实施例的电池。

137、多个上述电池排列成预定数量的列，各个电池的端子和电池外壳底部的外表面朝向上部而配置。

138、本发明的电池组包括：多个总线，它们将多个电池串联及并联地连接，各个总线配置在相邻的电池的上部，各个总线包括：主体部，其在相邻的端子之间延伸；多个第一总线端子，它们向上述主体部的一侧延伸而电气性地结合到位于上述一侧的电池的电极端子；及多个第二总线端子，它们向上述主体部的另一侧延伸而电气性地结合到位于上述另一侧的电池的电池外壳底部的外表面。

139、本发明的一个实施例的汽车包括如上述的本发明的一个实施例的电池组。

140、发明效果

141、根据本发明，在将电极组装体与电池外壳之间电连接时能够大大降低电阻。

142、在另一个侧面中，根据本发明，能够提高集电体与电池外壳之间的结合部位的结合力。

143、在又一个侧面中，根据本发明，能够提高电池的能量密度。

144、在又一个侧面中，根据本发明，在制造电池时，能够提高用于将电池外壳和集电体电连接的焊接工序的便利性，由此能够提高生产性。

145、在又一个侧面中，根据本发明，即便在电池的使用过程中被施加到振动及冲击，也能够降低在集电体与电极组装体之间的焊接部位及/或集电体与电池外壳之间的焊接部位产生破损的可能性。

146、另外，根据本发明，在制造电池时，能够提高用于将电池外壳与集电体电连接的焊接工序的便利性，由此能够提高生产性。

147、但是，本发明的效果不限于上述效果，本领域技术人员通过下面记载的发明的说明可清楚地理解在此未提及的其他技术效果。